پایپینگ یا لوله کشی صنعتی چیست؟

لوله‌کشی صنعتی یا پایپینگ (Piping) شاخه ای از رشته مکانیک سیلات می با شدکه اغلب در فضای بیرونی ساختمان‌ها، و در بیشتر اوقات در تصفیه خانه های آب و فاضلاب، کارخانجات فرآوری مواد غذایی، پلنت‌های فرایندی، پالایشگاه‌ها، نیروگاه‌ها و… اجرا می‌شود. معنی کلمه «پایپینگ» در زبان انگلیسی به (گروه لوله ها) نیز تعبیر می شود. بنا براین وقتی می گوییم پایپینگ تصفیه خانه فاضلاب، منظور ما گروه یا مجموعه لوله های در این صورت منظور از «پایپینگ» یک نیروگاه، «مجموعه لوله‌های» نیروگاه می‌باشد.هدف مهندسان از لوله کشی صنعتی یا پایپینگ، انتقال سیالات یا قدرت به صورت بهینه و مطمئن از نقطه ای به نقطه دیگر می‌باشد.

پایپینگ چیست؟

اصطلاح پایپینگ عموما در مسائل مربوط به انتقال سیال از طریق لوله، اتصاالت مربوطه و شیرآلات به کار برده می شود . به عبارت دیگر به سیستم لوله کشی در تاسیسات پایپینگ گفته می شود. جهت اجرای پایپینگ اصولا لوله های با جنس فولاد، آلومینیوم، پلاستیک، فایبرگلاس، مس و حتی چوب و بتن مورد استفاده قرار می گیرند.

برای تشخیص، کنترل و تحت نظر داشتن فشار، دما و دبی جریان سیال معمولا از قطعات و اجزای روی خط از قبیل فیتینگ‌ها، شیرها و سایر تجهیزات استفاده می شود. این موارد در شاخه طراحی لوله‌کشی صنعتی یا پایپینگ مورد بررسی قرار می‌گیرند. سیستم‌های لوله‌کشی صنعتی در اسناد مربوط به “نمودار خطوط لوله و ابزار دقیق (P&ID)” نگهداری می شود. شایان ذکر می باشد که برای برخی از کاربردهای حساس و مهم از لوله‌هایی با آلیاژهایی از قبیل اینکونل، تیتانیوم، فولادهای زنگ نزن و سایر فولادهای گران‌قیمت استفاده می‌شود.

در گذشته نقشه های پایپینگ یا لوله کشی صنعتی توسط نقشه کش ها و بر روی کاغذ کالک انجام می گرفت. ولی در حال حاضر نقشه کشی های صنعتی توسط نرم افزارهای حرفه ای که اکثرا محصول شرکت اوتودسک هستند تهیه و تولید می شود.

دسته بندی و تعاریف مربوط به لوله کشی صنعتی

اصطلاح لوله کشی که در زبان انگلیسی با عنوان (plumbing) شناخته می شود، اکثرا در خانه ها و منازل مسکونی و برای فشارها و دماهای کاری پایین و انتقال آب و فاضلاب انجام می پذیرد. لوله‌کشی مربوط به آتش‌نشانی داخل منازل نیز جزو همین دسته از لوله‌کشی است.

در کتاب های مرجع دسته بندی های مختلفی برای انواع پایپینگ یا لوله کشی صنعتی ارائه شده است، که مهمترین آنها عبارتند از:

1. لوله‌کشی فرایندی (Process piping): به منظور انتقال سیال مابین مخازن‌ مختلف و واحدهای فرایندی مورد استفاده قرار می گیرد.
2. لوله‌کشی خدماتی (Service Piping): به منظورانتقال آب، بخار و هوای فشرده مورد استفاده قرار می گیرد. در بعضی از موراد به این روش لوله‌کشی یوتیلیتی (Utility Piping) نیز گفته می‌شود.
3. لوله‌کشی دریایی (Marine Piping): به منظور پایپینگ داخل کشتی ها انجام می شود. این سیستم پایپینگ دامنه بسیار وسیعی دارد.
4. لوله‌کشی انتقال (Transportation Piping): این سیستم معمولا مربوط به لوله‌کشی‌هایی با قطرهای بسیار بزرگ است که جهت انتقال نفت و گاز و آب و گاهی زغال‌سنگ (به صورت شناور در آب) به فاصله چندین کیلومتر صورت می پذیرد. در این سیستم از یک خط می‌توان برای انتقال سیالات مختلف به صورت پشت سرهم استفاده کرد. لوله‌های انشعاب نیز توانایی هدایت سیال به مسیر مورد نظر را دارند.
5. لوله‌کشی شهری (Civil Piping): این سیستم لوله‌کشی در مناطق شهری و برای توزیع منابع (یوتیلیتی) (آب و گاز و فاضلاب شهری) انجام می پذیرد.
6. لوله‌کشی تأسیسات یا لوله‌کشی تجاری (Plumbing): این نوع از لوله کشی در داخل ساختمان‌ها، مدرسه‌ها، بیمارستان‌ها و … که مربوط به لوله‌کشی آب، گاز، فاضلاب، تأسیسات، سوخت مایع و آتش‌نشانی می‌باشد، صورت می پذیرد.

قسمتهای اصلی لوله کشی صنعتی یا پایپینگ

لوله (pipe):

مهمترین قسمت از اجزای پایپینگ لوله (pipe) می باشد. لوله یک استوانه توخالی است که جهت هدایت یا انتقال سیالات محلی به محل دیگر مورد استفاده قرار می گیرد. دو اصطلاح مختلف تیوب (tube) و پایپ (pipe) معمولا در متون فارسی به لفظ لوله ترجمه می شوند. اما باید توجه داشته باشیم که تفاوت اصلی لوله و تیوب، ابعاد مورد استفاده برای توصیف سایز لوله و تیوب می باشد. به عبارت دیگر از پایپ برای انتقال سیال از یک نقطه به نقطه دیگر با فاصله نسبتا زیاد استفاده می شود که عموما سایز بالای 2 اینچ می باشد و از تیوب برای گردش سیال در داخل یک سیستم یا ماشین محدود به منظور انتقال انرژی و سیستم های ابزاردقیق بکار می رود که عموماً سایزکمتر از2 اینچ می باشد.

همچنین معمولا برای لوله، قطر داخلی (ID) تقریبا با اندازه نامی لوله (nominal pipe size) برای ضخامت دیواره استاندارد مطابقت دارد. اما برای تیوب، قطر خارجی (OD) نزدیک با سایز تیوب برابر است. در استانداردهای روز اروپا، لوله و تیوب به وسیله قطر خارجی و ضخامت دیوار توصیف می‌شوند. در لوله کشی صنعتی اصولا سه نوع مختلف انتهای لوله استاندارد مورد استفاده قرار می‌گیرند: انتهای تخت (Plain Ends) یا PE، انتهای رزوه (Threaded Ends) یا TE و انتهای پخ خورده (Beveled Ends) یا BE.

اتصالات لوله (pipe fitting) :

فیتینگ یا اتصالات لوله، برای اتصال چند قسمت مختلف، تغییر راستای جریان، توزیع جریان، افزایش یا کاهش ظرفیت جریان و اتصال به کار می‌روند. متداول ترین انواع اتصالات لوله ها شامل زانویی (elbow)، خم (bend)، برگردان (return)، سه راهی (tee)، چهار راهی (cross)، کاهنده (reducer)، درپوش (end cap)، پلاگ (plug)، یونیون (union)، کوپلینگ (coupling)، اولت (o’let) می شوند.

فلنج لوله (pipe flange):

فلنج لوله یک دیسک، برجستگی یا حلقه است که به انتهای لوله متصل است. اتصالات فلنجی معمولا از طریق پیچ کردن دو فلنج به یکدیگر و قرار گرفتن یک واشر جهت آب‌بندی بین دو فلنج برقرار می‌شوند. فلنج می‌تواند به عنوان یک حلقه در نظر گرفته شود که معمولا دارای سوراخ‌هایی برای پیچ است و به انتهای لوله یا تیوب پیچ یا جوش داده می‌شود تا امکان اتصال قطعات دیگر به لوله فراهم شود. فلنج‌ها دسترسی آسانی برای تعمیرات، تمیزکاری، بازرسی یا تغییرات فراهم می‌کنند. انواع بسیار زیادی از فلنج‌ها در سیستم‌های پایپینگ مورد استفاده می‌باشد: فلنج اسلیپ‌آن یا لغزشی (slip-on pipe flange)، فلنج جوشی (weld neck pipe flange)، فلنج کور (blind pipe flange)، فلنج لپ‌جوینت (lap joint pipe flange)، فلنج رزوه‌ای (threaded pipe flange)، فلنج ساکتی جوشی (socket-weld pipe flange)، فلنج کور عینکی (spectacle blinds)، فلنج فاصله‌انداز (spacer flange)

ولو یا شیر (Valve):

شیرها یا ولوها وسیله‌های مکانیکی هستند که جریان و فشار را در یک سیستم پایپینگ کنترل می‌کنند. ولوها اجزای ضروری هر سیستم پایپینگ می‌باشند. ولوهای معمول مورد استفاده عبارت‌اند از: گیت ولو (gate valve)، گلوب ولو (globe valve)، پلاگ ولو (plug valve)، شیر توپی (ball valve)، شیر پروانه ای (butterfly valve)، چک ولو (check valve)، دیافراگم ولو (diaphragm valve)، پینچ ولو (pinch valve)، شیر اطمینان (pressure relief valve)، شیر کنترلی (control valve) ، شیر سوزنی یا نیدل ولو (needle valve) ، شیر سلونوئیدی (seleonoid valve)

پیچ (Screw):

در صنعت پایپینگ، برای اتصالات فلنجی از استاد بولت (Stud Bolts) و ماشین بولت (Machine Bolts) استفاده می‌شود. استاد بولت یک میله رزوه شده با دو مهره شش وجهی سنگین است؛ در حالی که ماشین بولت دارای یک سر و یک مهره می‌باشد. انتخاب مواد پیچ بستگی به تطابق با متریال فلنج، شرایط سرویس، خواص مکانیکی و خواص دما بالا دارد.

ساپورت لوله (pipe supports):

ساپورت‌های لوله ، قطعاتی از پایپینگ هستند که برای نگه داشتن و بالا بردن لوله از یک سازه نگه دارنده برای آرایش عمودی و افقی طراحی می‌شوند. گایدهای لوله (pipe guides) و اسلایدهای لوله (pipe slides) برای امکان حرکت طولی به دلیل انبساط انقباض لوله طراحی شده‌اند. ساپورت‌های کفشکی (shoe supports)، کلمپ‌های U، ترمزهای محوری (axial stops)، ساپورت‌های فنری (spring supports) چند مثال از ساپورت پایپینگ می‌باشد.

قطعات ویژه:

قطعات ویژه برای انجام وظایف خاصی به غیر از کاربردی پایپینگ ذکر شده در بالا استفاده می‌شوند. قطعات خاص معمول شامل صافی‌ها (strainers)، تله بخار (steam traps)، اتصالات انبساطی (expansion joints)، اوریفیس پلیت (orifice plates)، اوریفیس‌های محدود کننده (restriction orifices) می‌باشند.

انتخاب نوع انتها :

انتخاب نوع انتها برای اجزای پایپینگ به نوع اتصال مورد استفاده در یک سیستم پایپینگ خاص بستگی دارد. اتصالات پایپینگ معمول شامل موارد زیر می‌شوند:

اتصالات رزوه‌ای (threaded joints)

اتصالات لب به لب (butt joints)

اتصالات سوکتی (socket joints)

اتصالات فلنجی (flange joints)

اتصالات شیاری (grooved joints)

اتصالات چسبی (bonded joints)

اتصالات ویژه (special joints)

متریال سیستم‌های پایپینگ:

برای انجام لوله کشی صنعتی از لوله ها و اتصالات با جنشهای مختلف استفاده می شود. البته در اکثر مواقع جنس لوله ها و اتصالات یکسان می باشد. متریال و سایز لوله بر اساس پارامترهایی مانند ماهیت، فشار، دما و دبی سیال انتخاب می شود. در حال حاضر دامنه بسیار وسیعی از متریال های مختلف فلزی و غیر فلزی برای انتقال سیال مورد استفاده قرار می گیرند. متریال مورد استفاده د رپایپینگ عموما به چهار دسته کلی فلزی، پلاستیکی، بتنی و چوبی تقسیم بندی می شود.

مراحل انجام پایپینگ :

پروژه های پایپینگ اصولا طی سه مرحله کلی به شرح ذیل انجام می پذیرند:

• مهندسی یا طراحی (Engineering)
• تدارکات یا خرید (Procurement)
• اجرا یا ساخت (Construction)

مهندسی(طراحی) در پایپینگ:

در این مرحله مطابق ID&P کلیه مدارک اجرایی از جمله Plan Plot و ISO و Spec های مربوطه و … تهیه می شود. ابتدا طرح کلی جریان کشیده می شود که چه چیزی از چه نقطه ای تا کدام نقطه ادامه می یابد. سپس نقشه های مربوطه تهیه شده و بصورت مدارک اجرایی تحویل کارفرما می گردد.
نقشه های آیزو متریک (ISO) در پایپینگ:
این نقشه ها اصلی ترین مدارک اجرایی پایپینگ می باشند که بصورت سه بعدی ترسیم شده و مشخص کننده تمام جزئیات لوله ها و متعلقات آنها در اندازه های معین می باشد. در نقشه های ایزو کلیه مشخصات اجرایی پایپینگ مانند سایز، طول و جنس لوله، مسیر لوله کشی و محل هایی که لوله ها به تجهیزات متصل می شوند و محل پایه ها و نگهدارنده های سیستم لوله کشی را نشان داده می شود.

تدارکات (خرید) در پایپینگ:

تدارکات به فرآیندهایی شامل تهیه لیست مناقصه گران، برگزاری مناقصه، انتخاب پیمانکار، انعقاد قرارداد و انجام مراحل خرید و حمل مواد مورد نیاز(Material) به محل اجرای پروژه اطالق می گردد .

اجرا (ساخت)

به فراِندهایی که به منظور پیاده سازی نقشه های تهیه شده در مراحل قبل صورت می پذیرد، اجرا یا ساخت گفته می شود. هسته اصلی اجرای لوله کشی صنعتی دفتر فنی می باشد.

مهم ترین وظایف دفتر فنی پایپینگ عبارتند از:
دریافت و بایگانی آخرین رویژن(نسخه) نقشه ها
بررسی کمبودها و مغایرت رویژن نقشه ها نظیر چک کردن ID&P با نقشه های آیزومتریک و در نهایت یافتن تناقضات و مغایرت های احتمالی و تهیه و ارسال TQ) Query Technical) به واحد مهندسی کارگاهی جهت رفع تناقضات .
تهیه و برآورد متریال مورد نیاز از نقشه (MTO)
وارد کردن اطالعات متریال پایپینگ در نرم افزار PCS) System Control Piping)
سرجوش گذاری و اسپول بندی نقشه های آیزومتریک و اخذ تاییدیه از کارفرما و دستگاه نظارت
وارد کردن اطلاعات مربوط به سرجوش ها در نرم افزار PCS
مشخص نمودن جبهه کاری قابل انجام عملیات برای شاپ و سایت و ابلاغ به واحد اجرا

اسپول و اسپوی بندی

به مجموعه ای از لوله و اتصاالت لوله اطالق می شود که در شاپ جوشکاری گردیده و جهت نصب به سایت حمل می شود. برای امکان حمل و نصب آسان تر، خط به قطعات کوچکتری به نام اسپول تقسیم می شود و از آنجایی که انجام عملیات جوشکاری در سایت به دلیل وجود محدودیت های مختلف هزینه ی بیشتری نسبت به انجام آن در شاپ دارد در پروژه های پایپینگ همواره تلاش بر این است که حجم عملیات جوشکاری حتی االمکان به شاپ انتقال یابد.
نکات مهم در سر جوش گذاری و اسپول بندی:

1. شماره گذاری سرجوش هاو اسپول ها بایستی در جهت جریان انجام می گیرد.
2. برای تعیین اندازه اسپول ها الزم است فاکتورهای طول، قطر خط، وزن اسپول به گونه ای مورد توجه قرار گیرد که برای جابجایی مشکلی به وجود نیاید.
3. سر جوش های زیر 2 اینچ می بایست در سایت کار شوند و نیازی به اسپول بندی ندارند.
4. برای شماره گذاری سرجوش های شاپ معمولا از دایره و برای سایت از مربع استفاده می شود.
5. تعیین اندازه ی اسپول باید به صورتی باشد که دارای توجیه اقتصادی جهت جرثقیل مورد نیاز برای نصب اسپول ها باشد.
6. در بسیاری از موارد جهت جلوگیری از ایجاد مشکلات در مرحله ی نصب، ضروری است که طول لوله موجود در یکی از طرفین در حدود 100 میلی متر بیشتر از مقدار مذکور در آیزومتریک درنظر گرفته شود. بدیهی است این مقدار اضافه در صورت عدم نیاز در مرحله ی نصب حذف می گردد.

لوله ها از نظر سیستم ساخت:

لوله های درز دار :

دراین لوله ها ابتدا ورق به شکل لوله فرم داده شده وسپس محل درز به وسیله جوش به هم پیوسته می شود. این لوله ها به دو صورت مارپیچ و ساده ساخته می شود.

لوله های بدون درز :

دراین روش لوله ها بدون درز بوده وبرای ساخت آن یک قطعه شمش را گرم کرده وتوسط سمبه ماتریس ازیک قالب مخصوص عبورداده وسپس باغلطکهای مخصوص تحت نورد وکشش قرارمی دهند تا اندازه مورد نظر بدست آید.

تقسیم بندی لوله ها از نظر جنس یا متریال

• لوله گالوانیزه: بیشتر جهت خطوط لوله آب استفاده می شود
• لوله کربن استیل: جهت مایعات و گازهایی که خطر خوردگی ندارند استفاده می شود
• لوله کربن استیل نیس: جهت مایعاتی که کمی خاصیت خورندگی دارند
• لوله کربن استیلLTCS :جهت مایعات با دمای بسیار پایین استفاده می شود
• لوله کاپرنیکل: لوله های مقاوم در برابر سایش ، مانند خط Water Fire
• لوله استنلس استیل: جهت مایعات با درجه خورندگی بسیار باال
• لوله هایGRP و GRE : جهت انتقال مایعات با خورندگی باال و فشارپایین و خطوط زیرزمینی مانند آب دریا

اتصالات مورد استفاده در پایپینگ یا لوله کشی صنعتی

زانویی(Elbow):

از این اتصال جهت تغییر مسیر خط استفاده می شود و اغلب بصورت 45 و 90 درجه مورد استفاده قرار می گیرد.

سه راهی(tee):

این اتصال بصورت انشعاب از لوله اصلی بوده و قسمت رایزر آن هم سایز یا کوچکتر از هدر است.

کاهنده (Reducer):

این اتصال جهت ارتباط لوله های با سایزکوچکتر به لوله های با سایز بزگتر استفاده می شود که به دو صورت هم مرکز و خارج از مرکز می باشند.

انشعاب لوله به لوله (pipe to pipe):

این گونه انشعاب کم هزینه ترین روش انشعاب می باشد. در صورت نیاز جهت تقویت در این اتصال از یک ورق استفاده می شودکه به این عملPadding می گویند.

کپ (cap):

این اتصالات جهت مسدود کردن انتهای لوله استفاده می شوند.

انواع اتصال لوله ها :

اتصال جوشی لب به لب در پایپینگ:

این اتصاالت مناسب ترین روش برای آب بند کردن لوله های نفت و گاز می باشد که جهت ساخت اسپول ها نیز مناسب است.

اتصال جوشی نر و مادگی در پایپینگ:

این اتصاالت مناسب ترین روش برای اتصال لوله های انتقال مواد سمی، اشتعالزا، گران قیمت و خورنده می باشد. این روش اتصال از نظر جوشی استحکام زیاد و از نظر آب بندی مطمئن بوده و هیچگونه فلز جوش وارد لوله نمی شود.

اتصال رزوه ای(دنده ای)در پایپینگ:

این نوع اتصاالت در صنعت نفت و گاز کاربرد کمتری داشته و بیشتر جهت خطوط کم اهمیت و جانبی بکار می رود . نصب آسان از مزایای این نوع اتصالات می باشد. لوله گالوانیزه بصورت اتصالات دنده ای بکار می رود .

اتصال فلنجی در پایپینگ:

ازاین نوع اتصال معمولا برای اندازه های2 اینچ وبالاتر و درمواردی که بطوردوره ای احتیاج به باز وبستن سیستم وجود دارد استفاده می شود. این نوع اتصال همیشه بصورت جفت بکار می رود که هرکدام از فلنجها از یکطرف به لوله متصل واز طرف دیگرفلنجها روبروی یکدیگر قرار گرفته وبا پیچ ومهره به هم محکم می شوند. در بین فلنجها نیز جهت آب بندی نوعی لایی به نام Gasket قرارداده می شود.

کلمات اختصاری متداول

ABS – آکریلونیتریل بوتادین استایرن (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

DWV – زهکشی، اتلاف ، تهویه (Drain, Waste, and Vent)

MEP – مکانیکی ، برقی ، لوله کشی (Mechanical, Electrical, Plumbing)

NPS – نوع رزوه ، سایز اسمی لوله (National Pipe Thread Straight; also, Nominal Pipe Size)

NPT – نوع لبه رزوه (National Pipe Thread Tapered)

PCCP – لوله استوانه بتونی پیش تنیده (Pre-stressed Concrete Cylinder Pipe)

PE – پلی اتیلن (Polyethylene (PEX, crosslinked))

P & ID — دیاگرام لوله کشی و ابزار دقیق (Piping and Instrumentation Diagram)

PP – پلی پروپیلن (Polypropylene)

PVC – پلی وینیل کلراید (Polyvinyl Chloride)

SDR – نسبت ابعاد استاندارد (Standard Dimension Ratio)

منبع :

https://www.thomasnet.com/articles/pumps-valves-accessories/understanding-pipe-and-piping/

https://fa.wikipedia.org/

https://www.glossary.oilfield.slb.com/en/Terms/d/drillpipe.aspx

https://www.copper.org

https://bdcustommfg.com/custom-plastic-tubing-and-piping/